一种无刷直流电机换向相位补偿方法与流程

本发明涉及一种无刷直流电机换向相位补偿方法，属于直流无刷电机控制领域。

背景技术：

目前在直流无刷电机控制领域，主要依靠霍尔位置传感器实现位置检测，但霍尔位置传感器需要通过移动霍尔的位置来调整电机的换向，该种方式只能保证在一个负载点和转速点使电机处于最佳换向状态，即将工作点一调节至最佳换向状态，则其他工作点电机不处于最佳换向状态，且不能保证电机正反转电机均处于最佳换向状态，若保证了电机正转处于最佳换向，则电机反转的时候换向就不准确。

技术实现要素：

为解决上述技术问题，本发明提供了一种无刷直流电机换向相位补偿方法，该无刷直流电机换向相位补偿方法中控制器内部通过软件补偿的方式对无刷直流电机的换向点实现精准地补偿，使得无刷直流电机在不同转速、不同负载下以及正反转情况下均能实现最佳换向

本发明通过以下技术方案得以实现。

本发明提供的一种无刷直流电机换向相位补偿方法，在执行转向中，利用电机当前转速，通过查找补偿时间数据库，获取电机相位补偿的时间，对电机的换向相位进行补偿。

包括以下步骤：

①采集数据：通过示波器采集电机反电势，获取电机各个转速下反电势过零点偏移的角度；

②计算补偿时间：根据采集的数据，计算出电机在各转速下需要补偿的相位所对应的时间，并建立补偿时间数据库；

③计算转速：利用择多函数计算电机的过零点，通过两个过零点之间的时间计算电机当前运转的转速；

④查找补偿时间：根据步骤③中计算的转速，查找补偿时间数据库，确定相位补偿的时间；

⑤执行换向：根据步骤④中的补偿时间，进行延时补偿，完成换向。

所述步骤①中，每隔128rmp采集一个电机反电势过零点偏移的角度。

所述步骤②中，电机各转速下需要补偿的相位所对应的时间的计算公式为：

t＝w/(60np)；

其中，n为电机转速，p为电机极对数，w为步骤①中所采集的角度，t为时间。

所述步骤③中，电机当前运行的转速的计算公式为：

n＝10/pt；

其中，n为电机转速，p为电机极对数，t为两个过零点之间的时间。

所述步骤③中，择多函数计算电机的过零点的步骤如下：

(1.1)建立数组：建立三个数组，分别为第一数组、第二数组和第三数组；

(1.2)设置数组计算关系：用电机反电势与第一数组和第二数组进行“异或”和“与”运算，得到的结果与第三数组进行真假判断，判断结果为真，得到电机的过零点；

(1.3)循环步骤(1.2)直至数组计算完毕。

所述第一数组为异或屏蔽相，数组由8个16位数据组成，用来检测当前反电势信号的下降沿或上升沿，数组如下：

0x0000,0x0000,0xffff,0x0000,0xffff,0x0000,0xffff,0x0000；

所述第二数组为与屏蔽相，数组由8个16位数据组成，用来检测与当前换相状态相对应的当前反电势信号，数组如下：

0x0000,0x0002,0x0001,0x0004,0x0002,0x0001,0x0004,0x0000；

所述第三数组为滤波相，数组由64个8位数据组成，用来查找逻辑测试条件输出端的“真到假”变化，数组如下：

0x00,0x02,0x04,0x06,0x08,0x0a,0x0c,0x0e,0x10,0x12,0x14,0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,

0x20,0x22,0x24,0x26,0x28,0x2a,0x2c,0x2e,0x01,0x01,0x01,0x36,0x01,0x3a,0x3c,0x3e,

0x00,0x02,0x04,0x06,0x08,0x0a,0x0c,0x0e,0x01,0x01,0x01,0x16,0x01,0x1a,0x1c,0x1e,

0x01,0x01,0x01,0x26,0x01,0x2a,0x2c,0x2e,0x01,0x01,0x01,0x36,0x01,0x3a,0x3c,0x3e；

所述步骤②中的补偿时间数据库，建立步骤如下：

(4.1)获取转速：用电机的实际转速除以128；

(4.2)获取补偿的时间：根据获取的转速得到补偿时间，获取电机相位补偿的时间；

(4.3)重复步骤(4.1)和(4.2)，建立补偿时间数据库。

所述步骤⑤中的延时补偿时间后进行换向，步骤如下：

(3.1)设置变量：规定获取延迟角度的时间为整数；

(3.2)建立延迟函数：执行延时函数一次，计数加1；

(3.3)循环步骤(3.2)直到计数值和角度的时间值相等，执行电机换向。

本发明的有益效果在于：采用无位置传感器控制，在软件上对换向的相位进行补偿，可以实现电机在不同负载下以及不同转速下，使电机均处于最佳的换向状态，不仅能提高电机运行的效率，同也能保证产品的一致性，节省调试工序和时间。

附图说明

图1是本发明的工作流程图；

图2是本发明实施例一换向相位矫后绕组电压波形图；

图3是本发明实施例一未补偿换向相位的绕组电压波形图；

图4是本发明实施例二换向相位矫后绕组电压波形；

图5是本发明实施例二未补偿换向相位的绕组电压波形图。

具体实施方式

下面进一步描述本发明的技术方案，但要求保护的范围并不局限于所述。

如图1所示，一种无刷直流电机换向相位补偿方法，在执行转向中，利用电机当前转速，通过查找补偿时间数据库，获取电机相位补偿的时间，对电机的换向相位进行补偿。

基于一种无刷直流电机换向相位补偿方法，包括以下步骤：

①采集数据：通过示波器采集电机反电势，获取电机各个转速下反电势过零点偏移的角度；

②计算补偿时间：根据采集的数据，计算出电机在各转速下需要补偿的相位所对应的时间，并建立补偿时间数据库，具体计算公式为：

t＝w/(60np)；

其中n为电机转速，p为电机极对数，w为步骤①中所采集的角度，t为时间；

③计算转速：利用择多函数计算电机的过零点，通过两个过零点之间的时间计算电机当前运行的转速，其具体的计算公式为：

n＝20/pt；

其中n为电机转速，p为电机极对数，t为两个过零点之间的时间；

④查找补偿时间：根据步骤③中计算的转速，查找补偿时间数据库，确定相位补偿的时间；

⑤执行换向：根据步骤④中的补偿时间，延时补偿时间后进行换向。

所述步骤①中，每隔128rmp采集一个电机反电势过零点偏移的角度。

所述步骤③中，择多函数计算电机的过零点的步骤如下：

(1.1)建立数组：建立三个数组，分别为第一数组、第二数组和第三数组；

第一数组为异或屏蔽相，数组由8个16位数据组成，用来检测当前反电势信号的下降沿或上升沿，数组如下：

0x0000,0x0000,0xffff,0x0000,0xffff,0x0000,0xffff,0x0000；

第二数组为与屏蔽相，数组由8个16位数据组成，用来检测与当前换相状态相对应的当前反电势信号，数组如下：

0x0000,0x0002,0x0001,0x0004,0x0002,0x0001,0x0004,0x0000；

第三数组为滤波相，数组由64个8位数据组成，用来查找逻辑测试条件输出端的“真到假”变化，数组如下：

0x00,0x02,0x04,0x06,0x08,0x0a,0x0c,0x0e,0x10,0x12,0x14,0x16,0x18,0x1a,0x1c,0x1e,

0x20,0x22,0x24,0x26,0x28,0x2a,0x2c,0x2e,0x01,0x01,0x01,0x36,0x01,0x3a,0x3c,0x3e,

0x00,0x02,0x04,0x06,0x08,0x0a,0x0c,0x0e,0x01,0x01,0x01,0x16,0x01,0x1a,0x1c,0x1e,

0x01,0x01,0x01,0x26,0x01,0x2a,0x2c,0x2e,0x01,0x01,0x01,0x36,0x01,0x3a,0x3c,0x3e；

(1.2)设置数组计算关系：用电机反电势与第一数组和第二数组进行“异或”和“与”运算，得到的结果与第三数组进行真假判断，判断结果为真，得到电机的过零点；

(1.3)循环步骤(1.2)直至数组计算完毕。

所述步骤②中的补偿时间数据库，建立步骤如下：

(4.1)获取转速：用电机的实际转速除以128；

(4.2)获取补偿的时间：根据获取的转速得到补偿时间，获取电机相位补偿的时间；

(4.3)重复步骤(4.1)和(4.2)，建立补偿时间数据库。

所述步骤⑤中的延时补偿时间后进行换向，步骤如下：

(3.1)设置变量：规定获取延迟角度的时间为整数；

(3.2)建立延迟函数：执行延时函数一次，计数加1，延迟函数如下：

(3.3)循环步骤(3.2)直到计数值和角度的时间值相等，然后执行电机换向。

实施例1

如上所述，试验选取一台j82zwx02直流无刷电机作为控制对象，该电机为其主要性能指标如下：额定电压为27v±2.7vdc，额度输出功率为680w，额度转速为7850rmp；工作电流不大于38a，效率不小于75％。

对于采用相位补偿后的电机，在27v电压下，电机转速为7850rmp(正转)，输出转矩为0.82n.m时，输出功率为674w，输入电流为31.3a，效率为79.7％，其绕组电压波形如图2所示；采用传统的霍尔位置传感器控制方式(未经过相位补偿)，在27v电压下，当电机转速为7850rmp，输出转矩为0.82n.m时，输入电流为33.2a，效率为75.1％，其绕组电压波形如图3所示，可以看出采用传统的霍尔位置传感器控制方式(未经过相位补偿)，绕组波形左右并没有完全对称，电机未达到最佳换向点，换向点存在一定的滞后，因此在同等功率下电机的效率要低于相位补偿过后的控制方式。

实施例2

如上所示，试验选取一台j82zwx02直流无刷电机作为控制对象，该电机为其主要性能指标如下：额定电压为27v±2.7vdc，额度输出功率为680w，额度转速为7850rmp；工作电流不大于38a，效率不小于75％。

对于采用相位补偿后的电机，当电机在0.41n.m额定负载，转速为4000rmp的时候，电机的绕组波形如图4所示，采用传统的霍尔位置传感器控制方式(未经过相位补偿)在同等工况下，电机的绕组波形如图5所示，可以看出采用相位补偿以后，电机绕组电压波形完全左右对称，电机处于最佳换向状态，未采用相位补偿的电机，绕组电压波形左右不对称，不处于最佳状态，对于采用相位补偿后的电机，施加27v电压，电机转速为7850rmp(正转)，输出转矩为0.82n.m时，电机的输出功率为674w，输入电流为31.4a，效率为79.6％，电机的工作效率和正转的时候相同，且绕组电压波形左右对称，和图2一致，电机依然处于最佳换向状态，但未经过相位补偿的电机在27v电压下，电机转速为7850rmp(反转)，输出转矩为0.82n.m时，输入电流为45.3a，效率仅为55.1％，绕组电压波形左右不对称，且波形发生了畸变，电机换向不佳。